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农业面源污染治理措施

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《中国农业科技导报》2014年第四期

1农业循环产业及产业链技术的内涵

农业生产活动由植物栽培(种植业、林业等)和动物饲养(畜牧业、渔业等)两大产业部门构成。农业循环产业就是将循环经济的理念引入农业生产领域中,使农业产品生产的每一环节所产生的副产物成为下一环节可利用“原料”,形成不同层次的循环利用途径,最大限度地降低污染。农业循环产业链是将种植业、林业、渔业、畜牧业及其延伸的各个产业,通过副产物循环利用与物质交换的方式建立起来的能量流动、要素耦合和产业联接的农业产业化网络体系。这种网络体系使农业生产方式由“资源-产品-废弃物”的传统经济方式向“资源-产品-再生资源-产品”的循环经济方式转变,实现资源利用节约化、生产过程洁净化、产业链接生态化、废物循环再生化和大众消费绿色化的技术体系。

2农业循环产业链技术体系

2.1畜禽养殖业污染控制产业链技术体系

随着畜禽养殖业的快速发展,其带来的面源污染问题日渐突出。养殖业面源污染贡献的COD、TN和TP分别占到面源总污染排放量的96%、38%和56%,成为面源污染源之首。目前主要的畜禽养殖业污染控制产业链技术有以下几种:

2.1.1无公害的生态饲料生产与饲喂技术为了实现高效养殖与防病的目的,养殖户乱用和滥用抗生素、违禁药物、重金属和促生长剂等的现象普遍存在。这些物质随粪便一起排入土壤、河水中,从而造成周围环境的污染。要解决这些污染问题就要通过使用生态饲料替代传统养殖饲料,从饲喂源头上避免有毒有害物质进入生态循环链条。生态饲料是指从饲料原料的选购、配方设计到加工饲喂等过程,进行严格质量控制和实施动物营养系统调控,以改变、控制可能发生的畜产品公害和环境污染,使饲料达到低成本、高效益和低污染的效果的饲料。生态饲料可获得最大营养物利用率和最佳动物生产性能。多项研究结果表明,生态饲料具有维持体内微生物菌群平衡、增强机体免疫能力、促进营养消化吸收和防病治病的能力。另外,生态饲料能提供饲养动物、生产者、消费者和环境(主要是土壤、水资源)的安全性,促进生态和谐。

2.1.2低污染零排放的微生物发酵床生态养殖技术生态养殖是指以低消耗、低排放、高效率为基本特征的可持续畜牧业发展模式。微生物发酵床养殖技术是结合现代微生物发酵技术提出的一种环保、安全、有效的生态养殖技术,具有省水、省工、省料、省药和省电的特点。其基本模式就是将锯末、谷壳、玉米秸秆以及少量米糠或麦麸等农业副产品作为垫料,利用固体发酵剂对垫料建堆发酵,然后铺进养殖舍形成垫床。畜禽粪尿直接排放在垫料上,能够迅速地被垫料中的有益微生物分解转化,整个饲养过程对外达到零排放、无臭味、无污染。因此,发酵床养殖模式是经济效益与环保效益俱佳的新型养殖模式。此外,近年来利用饲养动物与发酵床分离的异位发酵床养殖模式解决养殖污染问题也受到了一定的关注。

2.1.3以发酵垫料为主要原料的生物腐殖酸肥料加工技术废弃垫料资源化利用的原则是“因地制宜、因量选型”,可以作为食用菌基质的主料或经简单粉碎加工作为有机肥。废弃垫料富含腐植酸、有益微生物和作物所需的营养成分(N+P2O5+K2O≥7%),是一种具有潜在价值的资源。将发酵床垫料堆肥30d腐熟后,各项指标均可以满足我国农业行业标准中关于有机肥料的相关规定,因此废弃的发酵床垫料是一种可生产有机肥的安全肥源。经规范化工艺制作废旧垫料可以转化为生物腐植酸有机肥。如将垫料、蘑菇渣等废弃物混合均匀,加入生物腐植酸发酵剂混入物料后建堆肥,堆料升温快,最高温度达65~75℃,中间不用翻堆,7~8d即完成发酵过程。

2.2种植业污染控制产业链技术体系

我国种植业生产中化肥使用强度大、当季农田利用率只有30%~35%,施肥技术落后和养分不平衡导致了肥料利用效率低下,造成肥料大量流失引起水体的富营养化。另外,农药及地膜等农用投入品的不合理使用导致残留的农业化学投入品通过农田地表径流和农田排水进入地表水体。目前种植业污染控制产业链技术主要有以下几种:

2.2.1控制坡耕地水土流失及其流失尾水的回用技术对于坡耕地,可以通过改变农艺措施,采取坡耕地有限顺坡耕作技术、地埂植物篱坡式梯地构建技术、坡面径流蓄排优化调控技术以及复合立体生态农业技术等,通过梯级网络化调控体系,减少耕地水土流失量,通过保护、改良与合理利用农田水土资源,提高水资源利用效率。此技术对农田径流中颗粒态磷、可溶态磷、TN和COD都有很好的去除效果。

2.2.2大田作物氮磷减量控制栽培技术在测土配方施肥的基础上,通过减量施肥、缓控释肥、优化栽培、生物农药替代和农药生物降解等技术,在保证作物不减产的同时,可实现减少肥料用量20%~25%,减少化学农药施用量25%,农药利用率提高5%~10%,肥料利用率提高6.5%~7.8%,削减因农田径流对河道水体氮、磷等污染负荷排放17%~31.2%。

2.2.3适合坡台地的“固土控蚀”农作系统集成技术通过保护性耕作技术、菜-粮轮作技术、减量施肥技术、植保综合技术和集水补灌技术等技术集成,可以形成有效削减坡台地雨水农田面源污染负荷输出。通过稳产高产的“固土控蚀”农作系统集成技术,可以实现水土资源利用率的有效提高。

2.2.4秸秆综合利用技术秸秆的综合利用技术是削减种植业面源污染的重要手段。秸秆粉碎还田对优化土壤理化性状,改善土壤蓄水保墒性能,增加土壤有机质有重要作用。通过秸秆氨化技术、青贮饲料技术、微生物发酵贮存技术、饲料压块技术和揉搓加工技术等可以实现秸秆的饲料化生产。秸秆经粉碎后作为培养基可以用于食用菌的生产,如玉米梗、花生壳是最理想的食用菌生产材料。秸秆气化产生的一氧化碳、氢气和甲烷等可燃气体可以解决农户的能源问题。秸秆的综合利用可以促进农村经济发展,并帮助农民致富,同时对实现种植业的良性发展具有重要意义。

2.2.5地膜污染综合防治技术残留在土壤中的地膜污染土壤环境,影响农业经济的健康发展。要组织人力,加大残留地膜的回收力度。积极推广浅埋式渗灌技术,头水前揭膜回收是防止地膜污染的一项有力措施。鼓励开发无污染可降解的生物地膜,替代聚乙烯农膜。可降解膜通过在农膜中添加光敏剂或能被微生物分解的成分把地膜制做成易被微生物降解从而降低残留量的新型薄膜,在自然条件下它能自动降解成小碎片、CO2和水进入土壤,从而避免了残留危害。

2.3农村生活污水污染控制产业链技术体系我国农村人口居住特点多样,农村生活污水收集处理设施缺乏,处理率低。同时农村生活污水处理上缺乏低成本、可持续的运行模式,导致处理技术难以大规模推广,从而不能有效的削减农村生活污水对河流、湖泊形成的污染负荷。目前农村生活污水污染控制产业链技术主要有以下几种:

2.3.1生活污水多介质土壤层耦合处理技术通过铺设通水层、净化层,在多介质土壤层系统内形成多个好氧、厌氧环境,利用物理化学吸附、微生物分解的作用,实现生活污水中的有机物、氨氮和磷酸盐等污染物的去除。此技术突破了面积负荷低、脱氮效率不稳定、在实际运行水力负荷与最佳水力负荷难以匹配等瓶颈。此技术无需动力和药剂消耗,适用处理规模为1~300户农居产生的生活污水。

2.3.2农村生活污水三级塘生物生态处理强化技术将农村废弃沟塘改造成厌氧塘-兼性塘-生物塘三级塘,利用生物生态原理处理生活污水。其中厌氧段应用人工生物基质原位固定化脱氮微生物技术和耐污水植物修复技术对生活污水强化处理;兼性塘应用塘内水体强化循环无动力复氧技术,增加水体中溶解氧的含量;生物塘采用人工浮床、水生植物岛、水生植物沉床等技术,进一步强化去除水体氮磷,并在塘围采用降雨径流生态拦截技术,削减降雨径流产生的冲击负荷。2期耿兵等:加快发展农业循环产业,促进农业面源污染治理112.3.3高效水解-生物滤池(多级砾石床)-强化自然增氧渗滤式土壤净化槽技术通过采用厌氧折流板反应器(ABR)型高效厌氧池,并在池内布装厌氧生物膜载体,增强了厌氧处理效果;通过太阳能板直接与直流充氧泵连接,充氧泵能可同时用来曝气和回流,提高了能量利用效率,减少了现有技术设备数量,降低了基建投资;通过对生物滤池进行分层,有效促进了生物膜与大气的接触,克服了传统滤池易堵塞的缺点,有效保证了系统长时间的稳定运行;通过对自然增氧渗滤式土壤净化槽布水、集水的主、支管道的优化,强化了自然复氧,并选用透水性能和氮磷吸附性能更好的土壤填料,提高了土壤净化槽整体脱氮除磷效果。

2.4“种养加生”循环一体化农业产业园区规划与建设思路

利用循环农业产业链技术构建生态环保产业园区,在“种养加生”循环一体化的产业链技术体系中实现养分流动与食物链的循环延伸。园区以微生物发酵床养殖模式为核心,创新大通栏养殖模式;以生产动物性肉产品和废旧垫料人工腐殖质产品为目标,改变传统养殖观念;将废旧垫料人工腐殖质作为生产原料,加工成为高端有机肥;以废旧垫料人工腐殖质替代食用菌(部分)基质,种植食用菌;以高端有机肥和基质生产为依托建立果树、花卉和蔬菜种植基地,实现增值创收。园区创新了经济增长模式,通过养殖业副产物的资源化利用实现养殖污染的有效控制,实现了环境与经济效益双赢的目标。“种养加生”循环一体化生态农业产业链技术是一种控制农业面源污染的有效途径。

3加快我国农业循环产业体系建设与促进农业面源污染治理的建议

3.1加强政府引导与完善国家顶层设计

农业循环产业体系的建设和农业面源污染的治理是一项长期而且复杂的工程,必须从国家层面进行精心设计和部署。第一,中央各部委和各级政府应该加强协调配合,把农业生态环境保护纳入民生工程,出台一系列的支撑生态农业循环产业发展的政策,提高生态产业链园区建设公益性资金的支持力度。第二,探索发展农业循环产业资金投入的长效机制,通过政府投资、社会融资等多元渠道筹集农业循环产业建设资金,积极发挥市场对资源配置的决定性作用。第三,各级政府要积极健全和完善农业循环产业发展的法律法规体系,调节和规范农业循环产业经营主体的法律行为。如2014年1月1日起施行的《畜禽规模养殖污染防治条例》明确了畜禽养殖者的污染防治义务和畜禽养殖废弃物综合利用的规范和要求,也提出了畜禽养殖污染防治和综合利用的激励机制。

3.2创新农业循环产业链技术体系

农业面源污染的治理要摒弃“末端治理”的思路,加强农业面源污染“源头控制”、“过程阻断”及循环利用技术的研究。加强农业循环产业链技术因地制宜、适用技术的研究,保护农业生态环境的同时,保障人口的粮食安全。通过生态饲料、生物肥料和生物农药等绿色农业投入品的使用实现农业生产的源头无害化。大力发展农业废弃物肥料化、基质化、高值饲料化等资源化利用技术实现农业生产过程的副产物资源化。在污染的末端治理上推广生态处理与处置方法,如生物吸附、生物降解及生物修复。通过园区化的模式进行技术推广,建立规模化的控制区域,如以乡镇为控制单元,通过政府支持、企业化管理和农民参与实现污染治理与经济效益统一,农业增产与环境保护统一,生态环境与食品安全统一。

3.3推广园区化的农业循环产业发展模式

建立“政府-科研-企业-农民”协作机制,大力发展农场制、园区企业化制管理模式,保障农业生产与环境保护的协调发展。园区以市场需求为导向,以实施农业循环产业链技术研发与应用、重大技术装备及产品产业化为重点,围绕产业链技术创新,运用市场机制集聚创新资源,实现政府、企业、高校、科研机构及农民等在战略层面的联合。园区的建设有助于农业循环产业链技术在地区范围内的推广应用,带动环保产业发展,为农业面源污染的治理及地区环境的综合整治提供强大的支撑。

作者:耿兵刘雪叶婧红娜朱昌雄单位:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

中国农业科技导报责任编辑:田老师    阅读:人次